MPCVD高功率外延生长单晶金刚石均匀性研究

目的 为了优化单晶金刚石大批量生长的等离子体环境,开展了高功率微波等离子体环境对单晶金刚石外延生长研究。方法 利用实验室自主研发的915 MHz-MPCVD装置,在15~37 kW的高功率微波馈入的条件下,研究了在高功率微波等离子体环境中CVD单晶金刚石的均匀生长条件,利用光学显微镜及激光拉曼光谱对所生长的单晶金刚石进行了形貌质量表征,利用等离子体发射光谱对高功率微波等离子体环境进行了诊断。结果 在保持甲烷体积分数为5%时,当微波功率为15k W时,等离子体球的尺寸较小,并不能完全覆盖直径150 mm的基片台;将微波功率从28 kW提高到37 kW,肉眼所见的等离子体尺寸变化并不明显,但等离子体的能量分布范围有一定的扩大,这意味着在一定的范围内活性基团的能量分布更均匀。在较高的微波功率下,分布于基片台不同区域的单晶金刚石片均能获得较好的层状生长台阶。随着微波功率的提高以及基片温度的增加,分布于基片台不同区域的微波电磁场强度都有所增强,提高了单晶金刚石的生长速率和质量。结论 在高功率等离子体环境中,通过大幅度的提高微波功率,可以有效地活化含碳基团,在等离子体中产生有利于单晶金刚石高质量高速生长的活性基团。在微波功率为37k W、甲烷体积分数为5%的情况下,将基片温度控制在950℃附近,可以有效地抑制多晶杂质的生成,实现了57片单晶金刚石的批量生长。

常压微波等离子体炬装置的模拟与设计

介绍了一台低成本的常压微波等离子体炬设备,给出了该设备构造及喷嘴的设计思路,分析了各种气体的非磁化微波等离子体的击穿电场强度,数值求解了设备中矩形TE103谐振腔中的电磁场分布,应用高频电磁场模拟分析软件HFSS优化了喷嘴在波导中的具体位置,并对优化后喷嘴周围的电场分布进行了模拟。模拟结果表明:微波输入有效功率为500W,喷嘴伸出矩形波导1mm时,喷嘴尖端处的电场强度在1.2×106 V.m-1以上,远大于氩气的击穿电场强度,更易于等离子体炬的激发。实验结果证明了模拟结果的正确性和装置的有效性。

常压微波等离子体炬的模拟及硫化氢处理

对常压微波等离子体炬装置及H2S废气的处理进行了研究。介绍了一种具有特殊喷嘴结构的微波等离子体炬装置,模拟了不同喷嘴结构下谐振腔中微波电场的强度及分布,在此基础上,进行了H2S废气处理的实验研究。结果表明:采用新型喷嘴结构在喷嘴尖端产生的电场强度和分布更利于等离子体炬的激发,微波功率为500 W时,喷嘴尖端处的电场强度在1.5×106 V/m以上,远大于氩气的击穿电场强度,能有效地激发等离子体炬;当H2S气体与Ar气体流量比为10∶90,总流量为1000mL/min,微波功率为1000 W时,H2S的转化率最大达91.32%;大气微波等离子体炬能有效地处理H2S废气。实验结果证明了模拟结果的正确性和装置的有效性。

MPCVD谐振腔内电磁场分布的数值模拟

采用时域有限差分算法对MPCVD装置谐振腔中电磁波的分布进行了数值计算;推导出麦克斯韦方程在谐振腔内电磁场分布的数学模型;采用Ansoft软件对腔体中的电磁分布进行了模拟。根据模拟的电场形状以及其它相关的数据来判断此时反应器的形状和性能。数值模拟结果表明,空腔有3个大小相近的电场均匀区域,谐振腔的固有品质因素相对较高。计算模拟结果与实验结果较吻合,验证了计算和模拟的正确性,为设计利用MPCVD技术沉积金刚石薄膜的谐振腔提供了参考依据。

圆柱形单模MPCVD装置的数值模拟与实验研究

微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法因其独特的优势被认为是制备高质量金刚石膜的首选方法。本实验对圆柱形MPCVD装置谐振腔中的电场分布及强度进行了数值模拟,在此基础上,在自行研制的圆柱形单模MPCVD装置上,进行了等离子体放电和金刚石膜的制备。结果表明:在输入功率仅为100 W的情况下,自行研制的圆柱形单模MPCVD装置的基片上方模拟计算得到的最高电场强度可达3.0×105 V/m,即电场具有较好的聚焦能力,石英板式窗口的设计避免了等离子体的刻蚀。同时,在直径50mm硅片上进行了微米及纳米金刚石膜的生长研究,沉积出高质量金刚石膜。研究结果为MPCVD装置的研制提供了理论指导。

矩形压缩谐振腔内基底对电场影响的仿真模拟

针对微波等离子体化学气相沉积金刚石过程中,矩形谐振腔中激发的等离子体稳定性和均匀性差的问题,提出通过用Ansoft软件对矩形压缩谐振腔进行模拟计算来优化设计谐振腔的方法.模拟中,假设除了微波输入端口以外,所有的边界都定义为理想电导体;微波能以平面波的形式,通过矩形波导被耦合到微波谐振腔内;再用高频结构仿真器联合求解满足模型条件的麦克斯韦方程组,得出谐振腔中的电场分布结果.分别模拟了基底深入谐振腔内高度为1.5、2、2.5、3、4mm和基底半径为11、13、15、17mm时,腔体内的电场分布.数值模拟结果表明,压缩谐振腔内的最大电场强度为817V/m左右,较压缩之前的电场强度增高了近一倍,且基底深入谐振腔高度为2mm,基底半径为13mm左右时,装置内电场强度较集中.

圆柱形谐振式MPCVD装置的模拟及调控

目的在实验室自制的5 kW圆柱形单模微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置上,系统研究各放电参数对等离子体的影响。方法采用模拟计算与实验调控相结合的方式,分析微波等离子体、基团的运动和分布与放电参数之间的关系。利用发射光谱诊断等离子体环境,同时,利用SEM和Raman对所沉积的金刚石膜的形貌和质量进行表征,以验证MPCVD装置的调控原则。结果气压和温度满足Tg=8/3P关系时,吸收功率密度可达最大。单独提高微波功率和工作气压,能很大程度地增强等离子体的电子密度及改善等离子体球的均匀性,而两者相互之间匹配升高能极大地增加等离子体的电子密度,同时激发更多Hα、Hβ、CH及C_(2)这类适合高质量金刚石膜沉积的活性基团。得到了MPCVD装置长时间稳定运行的等离子体稳定边界,并成功制备出高质量的金刚石膜。结论功率气压及温度相匹配可以提高吸收功率密度、等离子体密度及均匀性。在圆柱形装置稳定运行的边界条件下,能沉积得到较高质量的金刚石膜。

TE_(103)单模谐振腔的计算模拟及优化

对TE103单模谐振腔中电磁波的分布进行了数值计算;推导出了麦克斯韦方程在谐振腔内电磁场分布的数学表达式;采用Ansoft软件对腔体中的电磁分布进行模拟并对腔体的尺寸进行优化.根据模拟的电场的形状以及其它相关的数据来判断此时反应器形状和性能.数值模拟结果表明,空腔有三个大小相近的电场均匀区域,在匹配情况下,谐振腔的固有品质因素相对较高.计算模拟结果与实验结果吻合较好,验证了计算和模拟的正确性,为设计高质量的谐振腔提供了参考依据.

MPCVD金刚石膜装置的研究进展

微波等离子体(MPCVD)法因其独特的优势,成为高速、大面积、高质量制备金刚石膜的首选方法,MPCVD金刚石膜装置的研究受到科研人员和工业界的广泛关注。文章对金刚石膜的性质和各种制备方法进行了简要概述,论述了CVD金刚石膜的生长机理,着重阐述了各种MPCVD装置的结构特点及工作原理,并对各种装置的优、缺点进行了分析。研究结果表明:研制具有高品质因数谐振腔能激发均匀微波等离子体的MPCVD装置,是进一步开发金刚石膜工业化应用所需解决的主要问题。

常压微波等离子体炬装置的研究及应用进展

常压微波等离子体炬有着优异的性能,具有广泛的应用前景,常压微波等离子体炬装置的研究受到研究人员和工业界的广泛关注。文章对常压微波等离子体炬的性质、装置及应用等方面的研究成果进行了简要概述,着重阐述了常压微波等离子体炬装置的基本原理,对各种装置的优、缺点进行了分析。最后详细讨论了常压微波等离子体炬装置的应用和今后研究方向。

大学英语写作教学面临的问题及相应对策

写作能力对于一个全面发展的大学生尤为重要,但是长期以来,因为学分学时缩减,四、六级考试的负面作用,教材写作技巧编排片面,教学时间的零碎及教师写作水平的限制等诸多因素,大学英语写作教学成为教学领域的难点。文章分析大学英语写作教学中所面临的问题,从弱化考试影响、以写作教学为本,教材写作技巧编排体系化以及提高写作教学效率三个层面,为改变目前大学英语写作教学所面临的困境提出改进的建议。

概念整合理论下的诗歌意境隐喻理解模式

运用概念整合理论,分析中国古诗《锦瑟》揭示基本隐喻是如何合成复合隐喻的。由于诗歌中具体的"象"之间的互相影响及限制对"意"的影响,心理空间中的基本隐喻进行组合,完善和扩展。通过投射在层创空间中基本隐喻合成为复合隐喻,即意境。百科知识的差异导致空间中"意"的一个或多个意或者意的缺省。这些都会在跨空间映射和投射时带来组合、完善和扩展的差异。这些差异也解释了层创结构中不同的复合隐喻,即不同意境产生的原因。

概念合成理论的补充——复合及解整合分层

Fauconnier和Turner针对概念合成理论的"普遍适用问题"提出了解整合(disintegration)等一些相关限制原则,但没有深入的理论探讨。Carl Bache对解整合进行了深入研究,提出了一个新的拓扑结构来补充Fauconnier和Turner的拓扑结构。这个新的拓扑结构包括在复杂程度和完备性方面都逐渐提高的复合及其对应的解整合的三个层级。Bache详细阐释了复合和解整合各个层面的工作机制及在动态互动如何限制了复合,实现了对"普遍适用问题"的部分修正。

矩-圆模式转换器的模拟与设计

介绍了两种常见的具有过渡结构的模式转换器;采用有限元法对一种过渡结构的矩圆模式转换器内的电磁分布进行计算模拟;根据模拟电场的形状以及其它相关的数据来判断此时矩圆模式转换器的形状和性能;分析了两种模式转换器的局限性并给出了克服这种局限性的方案。数值模拟结果表明,选择合适的过渡结构的矩圆模式转换器能有效的传输微波能量并激发所需的模式,为设计高效的微波传输系统提供了理论依据。

从具身社会认知角度解读《月夜》诗中的具身与离身视点

具身认知已经渗透至认知科学的各个研究领域,包括人工智能、认知神经科学和认知语言学。社会认知的具身化范式已得到广泛认同:在客观世界中,心智的具身性体现在其依赖于身体生理的、神经的结构和活动形式;与物体和人交互影响;并表征、知觉、类化和理解世界。对具身社会认知的延伸研究有利于人们理解社会情景中的身心交互。理解他人或他者视点的采用从根本上说是一种形式的具身实践。具身的自我视点与离身的他者视点的采用都是具身认知。采用打破文化成规的离身视点在延伸诗歌的美学意蕴、促进自我与想像空间中的他者及现实空间中的他者的相互理解和认同方面起重要作用,具有积极的社会交际意义。

《围城》的实质空间与读者的心理空间分析

对小说《围城》的研究自上世纪90年代以来更为深入,但鲜有学者从读者视觉对作品进行认知理解。本文从读者视角出发,对读者在阅读过程中从小说人物活动空间到小说宏观框架及局部文本的心理空间构建,研究读者对《围城》的理解。

氮气体积浓度对高微波功率沉积金刚石膜的影响

本研究在实验室自制的10kW圆柱形多模谐振腔式MPCVD装置中,研究了高功率沉积环境下,氮气在不同基片温度下对沉积的金刚石膜的影响。利用SEM表征对金刚石膜表面形貌的变化进行了分析,并结合Raman以及XRD的表征结果,分析了不同沉积温度下,氮气体积浓度与金刚石膜质量和晶粒尺寸间的关系。结果表明：引入氮气会同时起到提高沉积速率和增加二次形核的作用,并且金刚石膜的质量会随氮气体积浓度的增加而下降。随着基片温度的降低,N2对金刚石膜的影响将更多的表现为增加二次形核率。在基片温度为750℃时,通过研究不同氮气体积浓度下金刚石膜晶粒尺寸和结晶度的变化,得出当氮气体积浓度保持在0.03%-0.07%之间时,能获得晶粒尺寸为50nm左右且结晶度较好的纳米金刚石膜。

氢气流量对大面积金刚石膜沉积的影响

为了实现大面积金刚石膜的高速均匀沉积,在新型多模微波等离子体装置中,利用微波等离子体(Microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)技术,对大面积金刚石膜沉积过程中气体流场、电子密度和温度、基团分布及金刚石膜质量进行研究。流场模拟结果表明,多模MPCVD装置在高气体流量下依旧保持良好的流场稳定性。等离子体光谱结果表明,随着氢气流量的上升活性基团的强度上升。氢气流量在400 cm^3/min以内时,活性基团可在基底表面对称均匀分布。电子密度和电子温度随着氢气流量的上升先上升后下降,在500 cm3/min达到最大,分别为2.3×1019/m^3和1.65 eV。在氢气流量为300 cm^3/min时可在直径为100 mm的钼基底上实现大面积金刚石膜的均匀沉积,金刚石膜中心和边缘处拉曼光谱FWHM值为4.39 cm^(-1)和4.51 cm^(-1),生长速率为5.8μm/h。

大面积金刚石膜生长过程中的缺陷和内应力

采用甲烷和氢气作为气源,在直径为50 mm的抛光单晶硅片上,利用新型微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置制备出金刚石膜.用扫描电子显微镜观测金刚石膜的表面形貌,利用激光Raman光谱表征金刚石膜的质量以及X射线衍射检测金刚石膜的成分和晶界缺陷.结果表明V(CH4)/V(H2)为1%,基片温度为845℃时,生长金刚石膜的质量较好,并且具有完整的晶体形貌,但是扫描电子显微镜图×5 000倍时,观察到金刚石膜中明显的晶体缺陷存在,同时X射线衍射图表明金刚石膜的内应力较大.

微波法制备单晶金刚石的研究进展

人工合成金刚石的方法主要有高温高压法和化学气相沉积法两种.高温高压法制备的金刚石尺寸小,无法避免金属杂质使得制备的金刚石应用受到限制.在所有的化学气相沉积中,微波等离子体化学气相沉积法具有无放电污染,能量转换效率高,工艺参数易于调节等优点.用微波等离子体化学气相沉积法制备大尺寸、高速率、高质量的单晶金刚石受到广泛重视.介绍了微波等离子体化学气相沉积单晶金刚石的制备工艺,对提高金刚石生长速率,扩大金刚石单晶尺寸两个方面的研究进展进行了综述,并对单晶金刚石的前景进行了展望.